Câu chuyện đằng sau việc phát minh ra bóng bán dẫn hiệu ứng trường

Câu chuyện đằng sau việc phát minh ra bóng bán dẫn hiệu ứng trường

Chắc chắn không ai có thể tưởng tượng được bất kỳ thiết bị điện tử nào lại không có bóng bán dẫn. Trong trường hợp đó, ý tưởng đằng sau việc phát minh ra bóng bán dẫn là gì? Ai là người đứng sau phát minh và tiến bộ của nó? Mục đích thực sự đằng sau việc phát minh ra bóng bán dẫn hiệu ứng trường là gì? Và nó xuất hiện như thế nào? Các ứng dụng hiện tại và tiến bộ của các bóng bán dẫn này là gì? Bạn đã bao giờ thắc mắc về những điều này chưa? Nếu có thì bài viết này sẽ giúp bạn biết thêm về câu chuyện thú vị đằng sau việc phát minh ra bóng bán dẫn hiệu ứng trường.

Trước khi đi vào phần phát minh, chúng ta hãy xem sơ qua về bóng bán dẫn hiệu ứng trường là gì. Transitor hiệu ứng trường là các bóng bán dẫn đơn cực về cơ bản xuất hiện từ các bóng bán dẫn lưỡng cực. Nó được sử dụng làm bóng bán dẫn nhưng hiệu quả của nó là kiểm soát độ dẫn điện của vật liệu với sự trợ giúp của điện trường.

Mặc dù có quá nhiều người tham gia vào phát minh này nhưng một số ít rất đáng chú ý. Julius Edgar Lilienfeld, Oskar Heil, John Bardeen, Walter Houser Brattain và William Shockley đã có những đóng góp lớn cho việc phát minh ra bóng bán dẫn hiệu ứng trường.

Phát minh

Trên thực tế, cho đến đầu những năm 1900, vẫn chưa có ý tưởng nào về nguyên lý tạo ra bóng bán dẫn hiệu ứng trường.

Hai người đã được cấp bằng sáng chế cho ý tưởng của họ về phát minh này.

Đóng góp của Julius Edgar Lilienfield

        Julius Edgar Lilienfeld

Người đầu tiên là Julius Edgar Lilienfeld, một nhà vật lý người Áo-Hung. Sau đó anh chuyển đến Hoa Kỳ và trở thành công dân Hoa Kỳ. Năm 1905, ông bắt đầu làm việc tại Khoa Vật lý tại Đại học Leipzig.

Công việc của ông quan tâm đến sự phóng điện của các hạt điện hoặc electron trong chân không. Đóng góp đầu tiên của ông cho xã hội khoa học được thực hiện với việc xác định trường phát xạ điện tử.

Ông là người đã phát minh ra bóng bán dẫn hiệu ứng trường hay FET như thường được biết đến. Những phát minh khác của ông bao gồm tụ điện điện phân được phát minh vào cùng kỳ năm 1920. Ông đã nhận được bằng sáng chế cho nhiều công trình khác nhau, trong đó ông được cấp bằng sáng chế cho FET của bóng bán dẫn hiệu ứng trường vào ngày 28 tháng 1 năm 1930.

Dựa trên một trong những khám phá tương tự như ống tia X của ông, bất kỳ bức xạ quang học nào phát ra khi electron va chạm vào bề mặt kim loại đều được gọi là bức xạ Lilienfeld.

Oskar Heil và những đóng góp của ông

                                                                             Oskar Heil

Không giống như Lilienfeld, Oskar Heil là một kỹ sư điện. Anh ấy đã hoàn thành việc học của mình tại Đại học George-August. Bằng tiến sĩ đã được trao cho ông cho công trình nghiên cứu về quang phổ phân tử vào năm 1933.

Dựa trên các báo cáo về nhiều bằng sáng chế khác nhau được cấp cho ông, Oskar Heil được coi là một trong những người phát minh ra bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Những phát minh khác được ông ghi nhận là máy biến áp chuyển động không khí và ống Heil.

Năm 1963, sau khi tích lũy được nhiều kinh nghiệm, ông đã thành lập công ty của mình tại California, Hoa Kỳ.

Những đóng góp của William Shockley

Mặc dù nguyên lý của bóng bán dẫn hiệu ứng trường lần đầu tiên được cấp bằng sáng chế bởi Lilienfeld và Heil, nhưng các thiết bị bán dẫn thực tế như bóng bán dẫn hiệu ứng trường cổng nối hay JFET đã được phát triển nhiều năm sau đó sau khi hiệu ứng bóng bán dẫn được quan sát, giải thích và chứng minh bởi William Shockley và ông. nhóm tại Bell Labs vào năm 1947.

Nỗ lực thương mại hóa bóng bán dẫn của Shockley là một đóng góp mang tính đột phá trong xã hội khoa học. Trong Chiến tranh thế giới thứ hai, Shockley đang làm việc trong phòng thí nghiệm nghiên cứu radar ở New Jersey. Bóng bán dẫn hoạt động đầu tiên được chế tạo bởi Shockley. Đó là một bóng bán dẫn điểm germanium thuộc dòng A.

Các bóng bán dẫn hiện đang được sử dụng trong các thiết bị điện đều là MOSFET. MOSFET là các bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại. Chúng được Dawon Kahng đề xuất lần đầu tiên vào năm 1960 và bóng bán dẫn này phần lớn đã thay thế JFET và có tác động sâu sắc hơn nhiều đến sự phát triển điện tử.

Transistor hiệu ứng trường hoạt động như thế nào

Trong bóng bán dẫn hiệu ứng trường, một điện trường được tạo ra bởi tín hiệu điện yếu ở dưới cùng của bóng bán dẫn, tín hiệu này tiếp tục được truyền đến các bộ phận khác của bóng bán dẫn hiệu ứng trường.

Phần dưới của bóng bán dẫn chứa đầy các electron dư thừa. Ở vùng trung tâm hoặc vùng đáy, số lượng electron quá ít so với phần dưới cùng của chất bán dẫn. Có hai mặt được gọi là nguồn và cống. Phía nguồn là dạng vùng nơi các electron đi vào bên trong và tương tự ở vùng kia thoát ra, các electron thoát ra ngoài. Thông thường dòng điện tử được thực hiện từ bên này sang bên kia. Dòng điện không được đánh dấu gần vùng cơ sở. Dòng điện được tạo điều kiện thuận lợi bởi một kênh mỏng dọc theo khu vực khác.

Một điện cực được nối hoặc gắn vào đế của chất bán dẫn. Một lớp oxit kim loại mỏng ngăn cách điện cực này với phần còn lại. Oxit kim loại nặng phổ biến nhất được sử dụng là silicon dioxide. Điện cực thường được gọi là 'cổng'. Cổng là nơi chúng ta truyền tín hiệu điện yếu vào chất bán dẫn.

Do tác động đẩy của các electron, vùng cạn kiệt được hình thành ở vùng cơ sở. Việc truyền điện tích âm sẽ giúp ngăn chặn hoàn toàn dòng điện đi qua chất bán dẫn.

Mặc dù bóng bán dẫn có nhiều ứng dụng đơn giản hơn nhưng chúng cũng có thể được sử dụng ở những nơi phức tạp. Chúng cũng có thể hoạt động như các thiết bị khuếch đại.

Dựa trên điện tích truyền vào bán dẫn, dòng điện chạy qua vùng khác có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn. Vì có một điện áp khác được kết nối với nó nên có nhiều cách để làm cho nó lớn hơn nữa. Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường hoặc FET thường được sử dụng trong các thiết bị điện như micro, lò vi sóng, tivi, radio và thậm chí cả trong ô tô. Chúng có ứng dụng rộng rãi như thiết bị mang điện tích. Mặc dù có nhiều chất bán dẫn khác nhưng silicon là chất bán dẫn tốt nhất được sử dụng trong các bóng bán dẫn hiệu ứng trường.